DE112016001942B4 - Connection arrangement between joining partners that are separably braced against one another in the body structure or in the interior structure of a vehicle, and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Verbindungsanordnung zwischen trennbar gegeneinander verspannten Fügepartnern (1, 2) in der Karosseriestruktur oder in der Innenausstattungsstruktur eines Fahrzeugs, wobei die Fügepartner (1, 2) über ihre Kontaktflächen (1a, 2a) mittels zumindest eines lösbaren Befestigungselements gegeneinander verspannt sind, und wobei auf die Kontaktfläche (2a, 1a) zumindest eines der Fügepartner (2, 1) vor der Herstellung der Verbindungsanordnung und somit vor der verspannenden Montage der Fügepartner (1, 2) und des Befestigungselements Hartpartikel (3) aufgebracht sind, welche als Folge der verspannenden Montage zumindest teilweise in die andere Kontaktfläche (1a, 2a) des anderen Fügepartners (1, 2) hineinragen und wobei beide Fügepartner (1, 2) mit einer Beschichtung (15, 25) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15, 25) derart ausgebildet ist, dass sich die Hartpartikel (3) als Folgeder verspannenden Montage nur in der Beschichtung (15, 25) der Fügepartner (1, 2) befinden oder beim Verspannen der Fügepartner (1, 2) nur in die besagte Beschichtung (15, 25) eindringen, ohne in die eigentlichen Oberflächen der Fügepartner (1, 2) ohne Beschichtung (15, 25) einzudringen.Connection arrangement between joining partners (1, 2) that are separably braced against one another in the body structure or in the interior equipment structure of a vehicle, the joining partners (1, 2) being braced against one another via their contact surfaces (1a, 2a) by means of at least one detachable fastening element, and wherein the Hard particles (3) are applied to the contact surface (2a, 1a) of at least one of the joining partners (2, 1) before the production of the connection arrangement and thus before the clamping assembly of the joining partners (1, 2) and the fastening element, which as a result of the clamping assembly at least partially protrude into the other contact surface (1a, 2a) of the other joining partner (1, 2) and both joining partners (1, 2) are provided with a coating (15, 25), characterized in that the coating (15, 25) is designed in such a way that the hard particles (3) are only in the coating (15, 25) of the joining partners (1, 2) as a result of the tensioning assembly or, when the joining partners (1, 2) are tensioned, only in said coating (15, 25) without penetrating into the actual surfaces of the joining partners (1, 2) without a coating (15, 25).
Description
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird insbesondere auf die
Im Bereich der Karosserie (im weitesten Sinne) eines Fahrzeugs, bspw. eines Personenkraftwagens sowie im Bereich der Fahrzeug-Innenausstattung gibt es bekanntlich eine Vielzahl von Fügepartnern, die lösbar miteinander verbunden sind. Dabei sind bspw. eine Karosserie-Stirnwand oder ein Federbeindom sowie die verschiedensten Träger oder auch sog. Schubfelder sowie beliebige Stützstreben ebenso als Karosseriestruktur oder als ein Fügepartner der Karosseriestruktur zu verstehen wie bspw. eine Scharnieranordnung für eine Türe oder eine Klappe selbst oder in Verbindung mit einem Karosseriestruktur-Teil ein Bestandteil der Karosseriestruktur ist oder wie sowie eine Sitzanordnung oder Sitzschiene selbst oder in Verbindung mit einem Karosseriestruktur-Teil ein Bestandteil der Innenausstattungsstruktur eines Fahrzeugs ist.In the area of the body (in the broadest sense) of a vehicle, e.g. For example, a body bulkhead or a spring strut dome as well as a wide variety of carriers or so-called shear panels and any support struts are also to be understood as a body structure or as a joining partner of the body structure, such as a hinge arrangement for a door or a flap itself or in connection with a body structure part is a part of the body structure or is a part of the interior structure of a vehicle as well as a seat assembly or seat rail itself or in connection with a body structure part.
Auch gibt es an einer Karosserie eines Fahrzeugs, bspw. eines Personenkraftwagens eine Vielzahl von Abschnitten, an denen eine Verbindung mit weiteren Bauelementen des Fahrzeugs dargestellt ist. Je nachdem um welche Bauelemente es sich dabei handelt, müssen über eine solche Verbindungsanordnung von Fügepartnern gemäß vorliegender Erfindung auch höhere Kräfte übertragen werden. Beispielsweise gilt dies für irgendwelche Streben, über die verschiedene Karosserieabschnitte gegeneinander abgestützt sind, oder für andere Stützstreben, über die bspw. eine oder mehrere Komponente(n) des Fahrwerks des Fahrzeugs an der Karosserie bzw. am besagten Karosserieabschnitt abgestützt ist oder sind. Bei diesen Streben kann es sich somit auch um einen radführenden Lenker handeln. Weiterhin gilt dies für irgendwelche Träger, über welche schwerere Komponenten an der Karosserie befestigt oder abgestützt sind - ein Beispiel hierfür ist ein Träger für zumindest ein Element eines Fahrzeug-Antriebsstrangs, wie bspw. ein Getriebeträger - oder Fahrwerks-Komponenten, welche über einen Achsträger quasi zusammengefasst sind, auf welchem dann die Karosserie bzw. der gesamte Fahrzeug-Aufbau anteilig (nämlich auf einer Vorderachse und auf zumindest einer Hinterachse) abgestützt ist. Schließlich kann als weiteres konkretes Beispiel für einen Fügepartner in der Karosseriestruktur noch das sog. Federbein-Stützlager genannt werden, über welches ein MacPherson-Federbein oder dgl. an einem Federbeindom als besagter Karosseriestruktur befestigt ist.There are also a number of sections on the body of a vehicle, for example a passenger car, where a connection to other components of the vehicle is shown. Depending on which components are involved, higher forces must also be transmitted via such a connection arrangement of joining partners according to the present invention. This applies, for example, to any struts that support different body sections against one another, or to other support struts that, for example, support one or more components of the vehicle chassis on the body or on said body section. These struts can therefore also be a wheel-guiding link. This also applies to any carriers that are used to attach or support heavier components to the body - an example of this is a carrier for at least one element of a vehicle drive train, such as a transmission carrier - or chassis components that are connected via an axle carrier, so to speak are summarized, on which then the body or the entire vehicle body is supported proportionately (namely on a front axle and on at least one rear axle). Finally, as a further specific example of a joining partner in the body structure, the so-called spring strut support bearing can also be mentioned, via which a MacPherson spring strut or the like is attached to a spring strut dome as said body structure.
Als lösbare Befestigungselemente in solchen Verbindungs-Anordnungen kommen neben Nieten üblicherweise eine oder mehrere Schrauben zum Einsatz, wobei auch eine Schraubenmutter, die auf einen Gewindeabschnitt, welcher an einem der Fügepartner selbst vorgesehen ist, aufgebracht ist, unter den Begriff einer Schraube fallen soll. Je nachdem um welche Bauelemente es sich dabei handelt, müssen über eine solche Verbindungsanordnung auch höhere Kräfte übertragen werden. Dabei werden insbesondere bei Personenkraftwagen hohe Anforderungen an den Komfort gestellt, weswegen es bspw. auch ein wichtiges Ziel ist, im Verbindungsbereich der jeweiligen Fügepartner - also bspw. zwischen der Kontaktfläche eines konkreten Fügepartners in Form eines Lagerelements mit einem Karosserieabschnitt des Fahrzeugs - in welchem bspw. das beispielhaft genannte Lagerelement mit seiner Kontaktfläche über eine oder mehrere Schrauben in Form eines bzw. der o.g. Befestigungselemente(s) gegen die Karosseriestruktur verspannt ist und somit an dieser verspannt anliegt, jegliche noch so kleine Relativbewegung zu vermeiden. Solche Relativbewegungen würden nämlich Knackgeräusche erzeugen, die über die Karosserie für den Fahrer hörbar in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen werden würden. Beispielsweise kann ein genanntes Lagerelement ein in der
Wie bereits erwähnt handelt es sich bei den genannten lösbaren Befestigungselementen üblicherweise um Schrauben, die entweder in ein im jeweiligen Gegenstück bzw. Fügepartner geeignet eingebrachtes Gewinde oder in eine geeignet angeordnete Schraubenmutter eingeschraubt sind und dabei mit einem derartig hohen Drehmoment angezogen sein müssen, dass die Verbindungsanordnung zwischen den Fügepartnern ähnlich starr ist wie eine unlösbare bspw. Schweiß-Verbindung. Aus verschiedensten Gründen gilt es nämlich, auch noch so geringe Relativbewegungen zwischen den miteinander verbundenen Fügepartnern zu vermeiden. Es muss nämlich funktionsbedingt in jedem der vorstehend beispielhaft aufgezählten Anwendungsfälle eine starre Abstützung geschaffen sein, die insbesondere auch nicht irgendwelche Knackgeräusche, die aus Mikrobewegungen bzw. kleinsten (Mikro-) Schwingungen zwischen diesen verbundenen aufgrund der im Fahrbetrieb des Fahrzeugs in den verschiedensten Richtungen zu übertragenden Kräfte bzw. Momente zwischen den besagten Fügepartnern bzw. Bauteilen resultieren, entstehen lässt. Neben der Geräuschproblematik ist die zuverlässige Kraft- oder Momentenübertragung bei vielen Bauteilen aus Steifigkeits- und Festigkeitsgründen ein zumindest ebenso wichtiger Gesichtspunkt. Grundsätzlich müssen also lösbare oder trennbare Verbindungsanordnungen maximal steif gestaltet sein, was bislang aber nur mithilfe starker und groß dimensionierter Verbindungsschrauben möglich ist, vgl. hierzu auch die folgenden Ausführungen.As already mentioned, the detachable fastening elements mentioned are usually screws which are either screwed into a suitable thread in the respective counterpart or joining partner or into a suitably arranged nut and must be tightened with such a high torque that the connection arrangement between the joining partners is similarly rigid as a non-detachable, e.g. welded connection. For a variety of reasons, it is important to avoid even the slightest relative movement between the joined parts. Because of the function, a rigid support must be created in each of the examples of use listed above, which in particular does not produce any cracking noises, which can result from micro-movements or the smallest (micro-) vibrations between these connected due to the forces or moments to be transmitted in the most varied of directions when the vehicle is being driven between the said joining partners or components. In addition to the noise problem, the reliable transmission of power or torque is at least as important a point of view for many components for reasons of rigidity and strength. In principle, therefore, detachable or separable connection arrangements must be designed to be as stiff as possible, which has so far only been possible with the help of strong and large-dimensioned connecting screws, cf. also the following explanations.
An Verbindungsanordnungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 kann weiterhin das Problem auftreten, dass die lösbaren Befestigungselemente, üblicherweise mehrere Schrauben, nicht in der Lage sind, einer äußeren Scherbelastung in ausreichendem Maße Stand zu halten. Solche Verschraubungen sind üblicherweise kraftschlüssig auf Scherbelastung ausgelegt, womit die Widerstandskraft gegen Scherbelastung von der Schrauben-Vorspannkraft und dem Reibwert zwischen Verbindungs-Partnern abhängig ist. Bei höherer Scherbelastung müssen daher die Schrauben bei gleichbleibenden Reibwerten größer dimensioniert werden. Dies ist aber nicht immer einfach darstellbar, sondern kann weitreichende Änderungen im Bereich der Verbindungsanordnung, insbesondere auch hinsichtlich des Bauraums, erforderlich machen. Auch würden damit Gewicht und Kosten stark erhöht.In connection arrangements according to the preamble of
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese geschilderte Problematik zu vermeiden, d.h. bei Vorliegen einer hohen Scherbelastung des lösbaren Befestigungselements keinen größeren Bauraum für das oder die lösbare(n) Befestigungselement(e) zu benötigen bzw. eine (weitere) wirkungsvolle Maßnahme aufzuzeigen, mit Hilfe derer die geschilderten (im Fahrbetrieb des Fahrzeugs gelegentlich auftretenden) Mikrobewegungen in einer Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 verhindert werden können.The object of the present invention is to avoid this problem, i.e. when there is a high shearing load on the detachable fastening element, not to require a larger installation space for the detachable fastening element(s) or to show a (further) effective measure with With the aid of which the micro-movements described (which occasionally occur when the vehicle is being driven) can be prevented in a connection arrangement according to the preamble of
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktfläche zumindest eines der Fügepartner vor der Herstellung der Verbindungsanordnung und somit vor der verspannenden Montage der Fügepartner und des Befestigungselements Hartpartikel aufgebracht sind, welche als Folge der verspannenden Montage zumindest teilweise in die jeweils andere Kontaktfläche hineinragen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Insbesondere ist damit auch ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindungsanordnung beansprucht, welches zumindest ein in den Vorrichtungsansprüchen enthaltenes verfahrenstechnisches Merkmal umsetzt.The solution to this problem is characterized in that hard particles are applied to the contact surface of at least one of the joining partners before the production of the connection arrangement and thus before the bracing assembly of the joining partners and the fastening element, which as a result of the bracing assembly protrude at least partially into the other contact surface . Advantageous training and development are the content of the dependent claims. In particular, a method for producing a connection arrangement is also claimed, which implements at least one procedural feature contained in the device claims.
Es wird offenbart, dass der Reibwert zwischen den gegeneinander verspannten Kontaktflächen der Fügepartner, welche mittels zumindest eines lösbaren Befestigungselements gegeneinander verspannt sind, erhöht wird, indem auf zumindest einer dieser Kontaktflächen bereits vor dem Zusammenbau der Verbindungsanordnung sog. Hartpartikel aufgebracht sind, die sich dann während des Zusammenbaus, d.h. beim Verspannen im Rahmen der Montage der Fügepartner sowie des Befestigungsmittels in die jeweils gegenüberliegende Kontaktfläche zumindest teilweise eingraben.It is disclosed that the coefficient of friction between the mutually braced contact surfaces of the joining partners, which are braced against one another by means of at least one detachable fastening element, is increased by so-called hard particles being applied to at least one of these contact surfaces before the connection arrangement is assembled, which then accumulate during of assembly, i.e. when tensioning during assembly of the joining partners and the fastening means at least partially dig into the opposite contact surface.
Zur Reduzierung oder Vermeidung irgendwelcher noch so kleiner Relativbewegungen zwischen den besagten Bauteilen bzw. Fügepartnern (im weiteren werden die Begriffe „Fügepartner“ und „Bauteil“ oder „Bauelement“ gleichbedeutend verwendet, ohne dass hierdurch irgend eine Unterscheidung ausgedrückt werden soll) im erfindungsgemäßen Verbindungsbereich wird somit die Oberflächenbeschaffenheit zumindest eines dieser Bauteile bzw. Fügepartner mittels Aufbringung von Hartpartikeln auf die bspw. Kontaktfläche gezielt angepasst, derart, dass der Reibwert zwischen den Kontaktflächen erhöht wird, und zwar durch zusätzlichen Formschluss. Im Mikrobereich gesehen furchen sich nämlich beim Verspannen dieser besagten Bauteile bzw. Fügepartner gegeneinander die erfindungsgemäß vorgesehenen Hartpartikel in die Oberflächenstruktur des jeweils anderen Bauteils ein und erzeugen quasi einen Mikroformschluss.In order to reduce or avoid any relative movements, no matter how small, between the said components or joining partners (hereinafter the terms “joining partner” and “component” or “component” are used synonymously, without any distinction being thereby expressed) in the connection area according to the invention thus the surface quality of at least one of these components or joining partners is adapted in a targeted manner by applying hard particles to the contact surface, for example, such that the coefficient of friction between the contact surfaces is increased, specifically through additional positive locking. Viewed in the micro range, when these said components or joining partners are clamped against one another, the hard particles provided according to the invention dig into the surface structure of the respective other component and produce a quasi-micro form fit.
Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass beide der gegeneinander verspannten Bauteile mit einer irgendwie gearteten Beschichtung versehen sind. Beispielsweise kann zumindest eines der Bauteile lackiert sein - im Fahrzeugbau handelt es sich dabei bekanntlich üblicherweise um eine KTL-Beschichtung. Eine solche Beschichtung ist für die korrekte Auslegung der Patentansprüche (und insbesondere des Patentanspruchs 1) als zur „Kontaktfläche“ gehörend zu verstehen. Es ist also ausreichend, wenn die erfindungsgemäß vorgesehenen Hartpartikel sich nur in der Beschichtung der Bauteile befinden oder nur in die Beschichtung eines der Bauteile eindringen bzw. hineinragen, da bereits hierdurch eine Erhöhung des Reibwertes zwischen den besagten Bauteilen erzielbar ist. Es kann aber auch (nicht erfindungsgemäß) vorgesehen sein, die Hartpartikel derart zu dimensionieren und aufzubringen - auf letzteres wird an späterer Stelle noch näher eingegangen -, dass diese die besagte Beschichtung (bspw. KTL-Schicht) durchdringen und zumindest geringfügig in die eigentliche (per se bzw. zunächst unbeschichtete) Oberfläche des jeweiligen Bauteils eindringen.It is expressly pointed out that both of the components that are braced against one another are provided with some kind of coating. For example, at least one of the components can be painted—in vehicle construction, as is known, this is usually a KTL coating. Such a coating is to be understood as belonging to the "contact surface" for the correct interpretation of the claims (and in particular claim 1). It is therefore sufficient if the hard particles provided according to the invention are only in the coating of the components or only penetrate or protrude into the coating of one of the components, since this already increases the coefficient of friction between said components. However, it can also be provided (not according to the invention) to dimension and apply the hard particles in such a way - the latter will be discussed in more detail later - that they penetrate the said coating (e.g. KTL layer) and at least slightly into the actual ( per se or initially uncoated) penetrate the surface of the respective component.
Als Material für die Hartpartikel kann bspw. Siliciumcarbid zum Einsatz kommen, wobei solche Hartpartikel (aus beliebigem geeignetem Material) bspw. eine Größe (annähernd einen Durchmesser, wobei die Hartpartikel vorzugsweise nicht kugelförmig sind, sondern eine vielkantige Oberfläche mit Ecken und Spitzen aufweisen) von mehreren (bspw. 1 - 70) Mikrometern aufweisen können. Es zeichnen sich die bevorzugt verwendeten Hartpartikel nicht nur durch besonders hohe Härte (des Werkstoffs der Hartpartikel) sondern vorzugsweise auch durch ausgesprochen starke Scharfkantigkeit aus, d.h. es weist deren Oberfläche vorzugsweise eine Vielzahl von Ecken und Kanten auf. Es ist bekannt, dass beispielsweise Sliciumcarbid plasmatechnologisch extrem gut haltbar auf Oberflächen aufgebracht werden kann, vgl. die sog. „Plasma-Grip“ Technologie der efc plasma GmbH, Ingolstadt. Dabei sind diese Hartpartikel mittels einer Nickel-Haftvermittlerschicht auf der plasmatechnologisch beschichteten Oberfläche gehalten. Ausdrücklich darauf hingewiesen sei, dass mit der Angabe dieses Beispiels die vorliegende Erfindung jedoch keineswegs auf solche Hartpartikel beschränkt ist; vielmehr können diverse andere Materialien und Verfahren zum Einsatz kommen, mittels derer ausreichend harte Partikel auf eine Kontaktfläche eines Fügepartners aufgebracht werden können, wobei diese Hartpartikel beim Verspannen einer mit solchen Partikeln beschichteten Oberfläche bzw. Kontaktfläche eines ersten Fügepartners gegen einen bspw. aus einer (relativ weicheren) Aluminium-Legierung bestehenden zweiten Fügepartner in dessen Oberfläche bzw. Kontaktfläche zumindest teilweise eindringen. Dabei wird ein Formschluss erzeugt, indem die Hartpartikel anteilig zumindest in das jeweilige andere Bauteil gepresst werden. Vergrößert wird weiterhin durch diese Hartpartikel die Gesamtfläche, über welche die beiden Bauteile miteinander in Verbindung stehen, was eine zusätzliche Steigerung der zwischen diesen Bauteilen wirkenden Reibkraft bewirkt.Silicon carbide, for example, can be used as the material for the hard particles, with such hard particles (made of any suitable material) having a size (approximately a diameter, with the hard particles preferably not being spherical but having a polygonal surface with corners and points) of several (e.g. 1-70) microns. The hard particles preferably used are characterized not only by particularly high hardness (of the material of the hard particles) but preferably also by extremely sharp edges, ie their surface preferably has a large number of corners and edges. It is known that, for example, silicon carbide can be applied to surfaces in an extremely durable manner using plasma technology, see the so-called “Plasma-Grip” technology from efc plasma GmbH, Ingolstadt. These hard particles are held on the plasma-technologically coated surface by means of a nickel adhesion promoter layer. It should be expressly pointed out that the present invention is by no means limited to such hard particles with the specification of this example; Rather, various other materials and methods can be used, by means of which sufficiently hard particles can be applied to a contact surface of a joining partner, with these hard particles when a surface or contact surface of a first joining partner coated with such particles is clamped against, for example, a (relatively softer) aluminum alloy existing second joining partner penetrate at least partially into its surface or contact area. In this case, a form fit is produced in that the hard particles are pressed proportionately at least into the respective other component. Furthermore, these hard particles increase the total area over which the two components are connected to one another, which causes an additional increase in the frictional force acting between these components.
Besonders wirkungsvoll ist eine erfindungsgemäß aufgebrachte Schicht von Hartpartikeln naturgemäß dann, wenn die Hartpartikel zumindest annähernd abriebfest auf zumindest einer der besagten Flächen bzw. Kontaktflächen aufgebracht sind. Dies ist bspw. dadurch realisierbar, dass die Hartpartikel durch ein Strahlverfahren wie Druckstrahlen oder Injektorstrahlen oder Plasmastrahlen aufgebracht werden. Damit ist es nämlich möglich, die Hartpartikel zunächst mit einem solch hohen Druck auf die Kontaktfläche des ersten Fügepartners aufzubringen, dass sie anteilig in diese(n) eindringen und gleichzeitig anteilig aus dieser Kontaktfläche herausragen. Wird danach dieser erste Fügepartner am zweiten Fügepartner montiert, so dringen mit dem Verspannen über die Befestigungselemente bzw. Befestigungsschrauben die aus der Kontaktfläche des ersten Fügepartners herausragenden Teile der Hartpartikel in das demgegenüber möglicherweise weichere Material des zweiten Fügepartners ein.A layer of hard particles applied according to the invention is of course particularly effective when the hard particles are applied to at least one of said surfaces or contact surfaces in an at least approximately abrasion-resistant manner. This can be achieved, for example, by applying the hard particles using a blasting method such as pressure blasting or injector blasting or plasma blasting. It is thus possible to first apply the hard particles to the contact surface of the first joining partner with such a high pressure that they partially penetrate into it(s) and at the same time partially protrude from this contact surface. If this first joining partner is then mounted on the second joining partner, the parts of the hard particles protruding from the contact surface of the first joining partner penetrate the material of the second joining partner, which may be softer in comparison, when the fastening elements or fastening screws are clamped.
In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich auf die neben den Vorrichtungsansprüchen formulierten Verfahrensansprüche der vorliegenden Erfindung verwiesen, wobei grundsätzlich anstelle einer Vorrichtung ein Verfahren beansprucht werden kann, indem anstelle des Merkmals, dass Hartpartikel aufgebracht sind, beansprucht wird, dass Hartpartikel aufgebracht werdenIn this context, reference is expressly made to the method claims of the present invention formulated in addition to the device claims, whereby in principle a method can be claimed instead of a device by claiming that hard particles are applied instead of the feature that hard particles are applied
Wie bereits weiter oben ausgeführt kann bei einer offenbarten Verbindungsanordnung zumindest einer der Fügepartner bzw. dessen Kontaktfläche eine Beschichtung, insbesondere eine KTL-Beschichtung (= kathodische Tauchlackierung) aufweisen. Dabei bestehen verschiedene Möglichkeiten.As already explained above, at least one of the joining partners or its contact surface can have a coating, in particular a KTL coating (=cathodic dip painting), in a disclosed connection arrangement. There are various possibilities.
So kann, in einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführung, der erste Fügepartner mit Hartpartikeln beschichtet sein bzw. werden, während der zweite Fügepartner eine KTL-Beschichtung aufweist. Bei der Montage der Verbindungsanordnung, d.h. beim Zusammenbau dieser Fügepartner können die Hartpartikel des ersten Fügepartners entweder nur in die KTL-Beschichtung des zweiten Fügepartners eindringen oder diese Beschichtung durchdringen und weiterhin in die eigentliche Oberfläche (= diejenige ohne Beschichtung) des zweiten Fügepartners bis zu einem gewissen Ausmaß eindringen. In beiden Fällen wird durch die Hartpartikel ein Mikroformschluss erzeugt und als Folge dessen der Reibwert zwischen den Fügepartnern erhöht. Besonders intensiv ist diese Erhöhung naturgemäß im vorstehend zweitgenannten Fall, nämlich wenn die Hartpartikel die Beschichtung durchdringen und in die eigentliche Oberfläche des zweiten Fügepartners eindringen; hierfür jedoch sollte aber die von der Oberfläche des ersten Fügepartners abragende Höhe der Hartpartikel größer sein als die Dicke bzw. Höhe der KTL-Beschichtung des zweiten Fügepartners.Thus, in an embodiment not according to the invention, the first joining partner can be or will be coated with hard particles, while the second joining partner has a KTL coating. When assembling the connection arrangement, i.e. when assembling these joining partners, the hard particles of the first joining partner can either only penetrate into the KTL coating of the second joining partner or penetrate this coating and further into the actual surface (= the one without coating) of the second joining partner up to one penetrate to some extent. In both cases, the hard particles create a micro form fit and as a result the coefficient of friction between the joining partners is increased. This increase is of course particularly intense in the second case mentioned above, namely when the hard particles penetrate the coating and penetrate into the actual surface of the second joining partner; for this, however, the height of the hard particles protruding from the surface of the first joining partner should be greater than the thickness or height of the KTL coating of the second joining partner.
In einer nicht-erfindungsgemäßen alternativen Ausführung können zunächst auf den ersten Fügepartner die Hartpartikel aufgebracht werden, wonach auf die soweit vorbereitete Fläche (= Fügefläche) auch noch eine Beschichtung (KTL-Beschichtung aufgebracht wird). In diesem Falle sollte vorzugsweise die von der eigentlichen (zunächst unbeschichteten) Oberfläche des ersten Fügepartners abragende Höhe der Hartpartikel größer als die Dicke bzw. Höhe der Beschichtung sein, damit die Hartpartikel des ersten Fügepartners aus dessen Beschichtung herausragen und beim Zusammenbau der Fügepartner in das Material des zweiten Fügepartners zumindest geringfügig eindringen können. Als Folge wird auch hier wieder ein Mikroformschluss erzeugt und der Reibwert zwischen den Fügepartnern stark erhöht, wobei ein solcher Effekt verringert auch dann eintritt, wenn die Hartpartikel zunächst nicht nennenswert aus der Oberfläche des beschichteten Fügepartners herausragen, da beim Verspannen der beiden Fügepartner gegeneinander die Beschichtung bekanntlich geringfügig komprimiert (und damit die aufgebrachte Schicht dünner) wird.In an alternative embodiment not according to the invention, the hard particles can first be applied to the first joining partner, after which a coating (KTL coating) is also applied to the surface prepared to this extent (=joining surface). In this case, the height of the hard particles protruding from the actual (initially uncoated) surface of the first joining partner should preferably be greater than the thickness or height of the coating, so that the hard particles of the first joining partner protrude from its coating and into the material when the joining partners are assembled of the second joining partner can penetrate at least slightly to. As a result, a micro form fit is also generated here and the coefficient of friction between the joining partners is greatly increased, with such an effect also occurring to a lesser extent if the hard particles initially do not protrude significantly from the surface of the coated joining partner, since the coating breaks when the two joining partners are clamped against each other is known to be slightly compressed (thus making the applied layer thinner).
Weiter alternativ können die Hartpartikel auf die bereits mit einer Beschichtung (wie einer KTL-Schicht) versehene relevante Fläche des ersten Fügepartners aufgebracht werden, ehe dieser mit dem zweiten Fügepartner verspannt wird. Auch hierbei sollte gewährleistet sein, dass die Hartpartikel zumindest geringfügig aus der Beschichtung herausragen, was aber durch geeignetes Aufbringen der Hartpartikel unter Berücksichtigung der Härte der eigentlichen Oberfläche gezielt eingestellt werden kann. Aber auch wenn die Hartpartikel im wesentlichen vollständig in die Beschichtung eindringen, können diese beim Verspannen der beiden Fügepartner immer noch die Wirkung entfalten, da die Dicke der Beschichtung durch das Verspannen der beiden Bauteile (Fügepartner) ja geringfügig reduziert wird, während die Höhe der Hartpartikel beim Verspannen der Fügepartner keine Veränderung erfährt.As a further alternative, the hard particles can be applied to the relevant surface of the first joining partner, which has already been provided with a coating (such as a KTL layer), before this is clamped to the second joining partner. Here, too, it should be ensured that the hard particles protrude at least slightly from the coating, but this can be adjusted in a targeted manner by suitably applying the hard particles, taking into account the hardness of the actual surface. But even if the hard particles essentially penetrate completely into the coating, they can still have an effect when the two joining partners are clamped, since the thickness of the coating is slightly reduced by the clamping of the two components (joining partners), while the height of the hard particles does not change when the joining partners are clamped.
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, dass beide Fügepartner mit einer Beschichtung versehen sind oder versehen werden. In diesem Falle sollten idealerweise die Hartpartikel groß genug sein, um beide Beschichtungen zu durchdringen und damit einen (o.g.) intensiven Mikroformschluss erzeugen zu können; analog vorstehenden Ausführungen können die Hartpartikel aber auch nur in den Beschichtungen der Fügepartner wirken oder auch nur in der Beschichtung eines der beiden Fügepartner, während sie in den anderen Fügepartner teilweise eindringen. In jedem Fall wird eine gewünschte Erhöhung des Reibwertes zwischen den Fügepartnern erreicht.Finally, there is the possibility that both joining partners are or will be provided with a coating. In this case, the hard particles should ideally be large enough to penetrate both coatings and thus be able to produce an (above-mentioned) intensive micro form fit; Analogously to the above statements, the hard particles can also act only in the coatings of the joining partners or only in the coating of one of the two joining partners, while they partially penetrate into the other joining partner. In any case, a desired increase in the coefficient of friction between the joining partners is achieved.
Es können die Hartpartikel beim weiter oben erläuterten Strahlen bzw. Strahlauftragen auf eines der Bauteile durch geeignete Steuerung des Strahles gezielt mit einem derartigen Impuls auf oder in das jeweilige Bauteil aufgebracht oder eingebracht werden, dass diese Hartpartikel bezogen auf ihre Abmessung zumindest annähernd hälftig in das Bauteil eindringen und zumindest annähernd hälftig aus dessen relevanter Fläche (mit oder ohne eventueller Beschichtung) herausragen. Dabei sind vorstehend bereits einige mögliche Strahlverfahren genannt, mittels derer Hartpartikel erfindungsgemäß auf zumindest eines der besagten Bauteile bzw. einen der besagten Fügepartner aufgebracht werden können. Was das genannte Plasmastrahlen betrifft, so können bspw. das Plasma-Atmosphärendruckstrahlverfahren, das Niederdruckplasmastrahlverfahren oder das Vakuumplasmastrahlverfahren vorteilhafterweise verwendet werden.The hard particles can be applied or introduced to one of the components during the above-mentioned blasting or jet application by suitable control of the jet with such an impulse on or in the respective component that these hard particles, based on their dimensions, are at least approximately half in the component penetrate and protrude at least approximately half of its relevant area (with or without any coating). Some possible blasting methods have already been mentioned above, by means of which hard particles can be applied according to the invention to at least one of the said components or one of the said joining partners. As for the above plasma blasting, for example, the atmospheric pressure plasma blasting method, the low pressure plasma blasting method or the vacuum plasma blasting method can be advantageously used.
Was einen Werkstoff bzw. ein Material für erfindungsgemäß vorgesehene Hartpartikel betrifft, so kommt hierfür neben dem bereits genannten Siliciumcarbid beispielsweise NiSiC (Nickel-Silicium-Carbid) oder ein Nickel-Diamant-Pulver in Frage, weiterhin Stahl bspw. in Form von kantigen Partikeln aus Edelstahlguss (Cr-Grit genannt), kantiger Hartguss (mit martensitischem Gefüge) oder Korund-Partikel (aus Aluminiumoxid mit SiO2-Anteil). Grundsätzlich wird offenbart, dass die Hartpartikel auf einem härteren Material eines der beiden Bauteile bzw. Fügepartner aufgebracht sein können, welche dann beim gegeneinander Verspannen der Fügepartner in ein weicheres Material des anderen Bauteils bzw. Fügepartners eindringen, jedoch ist eine solche Materialzuordnung oder Materiakombination keineswegs obligatorisch. So hat sich in einer Reihe von Versuchen herausgestellt, dass die vorstehend genannte Einbringung der Hartpartikel in den aus einem härteren Material bestehenden Fügepartner einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dann günstig ist, wenn der Härteunterschied zwischen den Materialien der beteiligten Fügepartner relativ hoch ist. Hingegen wurden dann, wenn der Härteunterschied zwischen den Materialien der beteiligten Fügepartner relativ gering ist, die besseren Resultate mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung erzielt, bei welcher die Hartpartikel (vor dem Aneinanderfügen und Verspannen der Fügepartner gegeneinander) in den aus dem etwas weicheren Material bestehenden Fügepartner eingebracht sind.As far as a material for hard particles provided according to the invention is concerned, in addition to the already mentioned silicon carbide, for example NiSiC (nickel-silicon-carbide) or a nickel-diamond powder can be considered, as well as steel, for example in the form of angular particles Cast stainless steel (called Cr-Grit), angular chilled cast iron (with martensitic structure) or corundum particles (made of aluminum oxide with SiO 2 content). In principle, it is disclosed that the hard particles can be applied to a harder material of one of the two components or joining partners, which then penetrate into a softer material of the other component or joining partner when the joining partners are braced against one another, but such a material assignment or material combination is by no means obligatory . A series of tests has shown that the above-mentioned introduction of the hard particles into the joining partner of a connection arrangement according to the invention, which consists of a harder material, is favorable when the difference in hardness between the materials of the joining partners involved is relatively high. On the other hand, if the difference in hardness between the materials of the joining partners involved is relatively small, the better results are achieved with a connection arrangement according to the invention, in which the hard particles (before the joining partners are joined and braced against one another) are introduced into the joining partner made of the somewhat softer material are.
Vorzugsweise - aber ausdrücklich nicht obligatorisch - können die Hartpartikel zumindest annähernd abriebfest auf zumindest einer der besagten Flächen aufgebracht sein, bspw. wie bereits erwähnt mittels eines Strahlverfahrens. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, solche Hartpartikel nur geringfügig haftend auf zumindest einer der besagten Oberflächen aufzutragen, wonach sich diese beim Verspannen der Bauteile gegeneinander gleichzeitig in beide Oberflächen anteilig eingraben können.Preferably—but expressly not obligatory—the hard particles can be applied to at least one of the said surfaces in an at least approximately abrasion-resistant manner, for example, as already mentioned, by means of a blasting process. In principle, however, it is also possible to apply such hard particles with only slight adhesion to at least one of the said surfaces, after which they can partially dig into both surfaces simultaneously when the components are braced against one another.
In verschiedenen Versuchsreihen hat sich gezeigt, dass sich die erwünschte Wirkung der erfindungsgemäßen Hartpartikel mit zunehmender Laufleistung eines Fahrzeugs, von welchem Fügepartner in der Karosseriestruktur oder in der Innenausstattungsstruktur erfindungsgemäß gestaltet sind, verstärkt, d.h. je länger ein solches Fahrzeug betrieben wird, desto besser ist - zumindest über die ersten 50.000 km Fahrstrecke betrachtet - die beabsichtigte Wirkung, nämlich eine Reduzierung der ansonsten gelegentlich auftretenden Knack- oder Knarzgeräusche und/oder eine messbare Steigerung der Steifigkeit oder Festigkeit (der entsprechenden Verbindungsanordnung). Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn im Falle einer Materialpaarung hoher Härte, d.h. wenn die trennbar gegeneinander verspannten Fügepartner jeweils aus einem relativ harten Werkstoff (bspw. Stahl) bestehen, Hartpartikel mit einer Größe („Durchmesser“) im Bereich von 10 - 30 Mikrometern (µm) in mäßigem Ausmaß, d.h. mit einem Flächenanteil in der Größenordnung von 10% über der (gemeinsamen) Kontaktfläche des oder der Fügepartner verteilt vorgesehen werden. Bestehen hingegen die Fügepartner ihrerseits jeweils aus einem relativ weichen Material oder Werkstoff, wie bspw. einer Aluminiumlegierung, so haben sich Hartpartikel mit einer Größe („Durchmesser“) im Bereich von 30 - 70 Mikrometern (µm) mit einem höherem Flächenanteil in der Größenordnung von 20% der gemeinsamen Kontaktfläche des oder der Fügepartner verteilt als günstig erwiesen. Und falls einer der Fügepartner aus einem härteren Werkstoff und der andere Fügepartner aus einem erheblich weicheren Werkstoff besteht, sind Hartpartikel mit einer mittleren Korngröße in der Größenordnung von 20 - 40 µm bevorzugt, die näherungsweise 15% der gemeinsamen Kontaktfläche bedecken.In various test series it has been shown that the desired effect of the hard particles according to the invention increases with increasing mileage of a vehicle, of which joining partners are designed according to the invention in the body structure or in the interior structure, ie the longer such a vehicle is operated, the better - at least over the first 50,000 km of driving distance - the intended effect, namely a reduction of the otherwise occasional popping or creaking noises and/or a measurable increase in rigidity or strength (of the relevant joint assembly). It has turned out to be advantageous if, in the case of a material pairing of high hardness, ie if the joining partners that are separably clamped against each other consist of a relatively hard material (e.g. steel), hard particles with a size ("diameter") in the range of 10 - 30 micrometers (µm) to a moderate extent, ie distributed over a surface area of the order of 10% over the (common) contact surface of the joining partner or partners. If, on the other hand, the joining partners are each made of a relatively soft material or material, such as an aluminum alloy, hard particles with a size ("diameter") in the range of 30 - 70 micrometers (µm) with a higher surface area in the order of 20% of the common contact surface of the joint partner or partners has proven to be favorable. And if one of the joining partners consists of a harder material and the other joining partner consists of a considerably softer material, hard particles with an average grain size in the order of 20 - 40 µm are preferred, covering approximately 15% of the common contact area.
Abweichend von einer vorstehend genannten Ausführungsform, bei welcher die Hartpartikel im Wesentlichen gleichmäßig über der gesamten Kontaktfläche eines (bzw. im zusammengebauten Zustand) beider Fügepartner verteilt vorgesehen sind, kann es je nach Anwendungsfall auch vorteilhaft sein, die Hartpartikel ungleichmäßig über der Kontaktfläche zu verteilen. So können dann, wenn mehrere die Kontaktflächen der Fügepartner in üblicherweise senkrecht hierzu verlaufenden Bohrungen durchdringende und dabei die Fügepartner gegeneinander spannende Befestigungselemente in Form von Schrauben vorgesehen sind, die Hartpartikel nur in der näheren Umgebung der Schrauben auf zumindest eine der Kontaktflächen (vor dem Aneinanderfügen der Fügepartner) aufgebracht sein. In direkter Umgebung dieser Schrauben liegt über der gesamten Kontaktfläche betrachtet nach dem Verspannen der Fügepartner gegeneinander die höchste Flächenpressung vor und es werden damit beim Verspannen der Fügepartner die Hartpartikel bestmöglich in den jeweils anderen Fügepartner eingedrückt. Bei gewissen Materialpaarungen der Fügepartner oder in bestimmten Anwendungsfällen, d.h. bei der Verbindung bestimmter Fügepartner miteinander kann es jedoch erforderlich sein, die Fügepartner bspw. aus Dichtheitsgründen (nämlich um ein Eindringen von Wassermolekülen in den Fügespalt zu verhindern) so stark als möglich gegeneinander zu verspannen, sodass sich dann die Hartpartikel vorzugsweise abseits der besagten Schrauben, d.h. unter Ausschluss der näheren Umgebung der Schrauben in der Kontaktfläche befinden sollten. Eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung kann beispielsweise bzw. vorzugsweise zwischen einer der folgenden (und bereits eingangs beispielhaft genannten) Paarungen von Fügepartnern eines Fahrzeugs vorgesehen sein: Zwischen einem Karosserieabschnitt und einem oder einer in diesen eine Kraft einleitenden Träger oder Strebe, an welchem oder welcher zumindest eine Fahrzeug-Komponente befestigt ist. Zwischen einem Karosserieabschnitt und einem Lagerelement zumindest einer Fahrzeug-Komponente. Zwischen einem Karosserieabschnitt und einem Lagerelement einer Radaufhängung. Zwischen einer Karosserie-Stirnwand und einem Federbeindom. Zwischen einer Karosserie-Stirnwand und einem Karosserie-Träger und/oder einem Schubfeld. Zwischen einem Federbein-Dom und einer Stützstrebe und/oder einem Karosserie-Träger und/oder einem Motorträger. In einer Scharnieranordnung für eine Türe oder Klappe selbst oder in Verbindung einer solchen mit einem Karosseriestruktur-Teil. In einer Sitzanordnung oder einer Sitzschiene selbst oder in Verbindung einer solchen mit einem Karosseriestruktur-Teil.Deviating from an embodiment mentioned above, in which the hard particles are distributed essentially evenly over the entire contact surface of one (or in the assembled state) of both joining partners, it can also be advantageous, depending on the application, to distribute the hard particles unevenly over the contact surface. If several fastening elements in the form of screws are provided, which penetrate the contact surfaces of the joining partners in bores that usually run perpendicularly thereto and thereby clamp the joining partners against each other, the hard particles can only be in the immediate vicinity of the screws on at least one of the contact surfaces (before the joining of the Joining partner) to be applied. In the direct vicinity of these screws, viewed over the entire contact surface, the highest surface pressure is present after the joining partners have been clamped against each other, and the hard particles are thus pressed into the other joining partner as best as possible when the joint partners are clamped. With certain material pairings of the joining partners or in certain applications, i.e. when certain joining partners are connected to one another, it may be necessary to brace the joining partners against each other as much as possible, e.g. so that the hard particles should preferably be away from the screws in question, i.e. excluding the immediate vicinity of the screws in the contact area. A connection arrangement according to the invention can be provided, for example or preferably, between one of the following pairings of joining partners of a vehicle (and already mentioned as examples at the outset): Between a body section and a beam or strut that introduces a force into it, on which or which at least one vehicle component is attached. Between a body section and a bearing element of at least one vehicle component. Between a body section and a bearing element of a wheel suspension. Between a bulkhead and a strut tower. Between a bulkhead and a body support and/or a shear panel. Between a strut dome and a support strut and/or a body mount and/or an engine mount. In a hinge arrangement for a door or hatch itself or in connection with such a body structure part. In a seat assembly or a seat track itself or in combination with a body structure part.
Die beigefügten
Auf die Kontaktfläche 1a des ersten Fügepartners 1 wurden vor der Darstellung der vorstehend genannten Schraub-Verbindungsanordnung und somit vor der Montage des zweiten Fügepartners 2 am ersten Fügepartner 1 bzw. vor dem Verspannen der Fügepartner 1, 2 gegeneinander Hartpartikel 3 aufgebracht, welche durch die verspannende Montage zumindest teilweise in die Gegenfläche bzw. Kontaktfläche 2a des zweiten Fügepartners 2 hineinragen, wie sämtliche Figuren zeigen.On the
Bei sämtlichen Figuren sind die Hartpartikel 3 auch über eine Nickel-Haftvermittlerschicht 4 auf der Kontaktfläche 1a gehalten - aufgrund dieser dünnen Nickel-Haftvermittlerschicht 4 ist zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 ein hier deutlich vergrößert dargestellter Mikrospalt geschaffen. In der Realität ist dieser Mikrospalt praktisch nicht vorhanden bzw. es kann dieser gegen „Null“ gehen. Insbesondere muss eine solche Haftvermittlerschicht nicht vorhanden sein, vielmehr handelt es sich hier um ein fakultatives Merkmal.In all figures, the
Gemäß der nicht-erfindungsgemäßen
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